Electricité et cogénération biomasse

Transcription

Electricité et cogénération biomasse
Etienne Lebas
COGEBIO
Mars 2013
Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013
Procédés de conversion de la biomasse
Source : European Comission
Technologies de cogénération biomasse

Méthanisation
Pyrolyse
Gazéification

Biogaz
Syngaz

Combustion
Fumées

Moteur à
combustion
interne
Turbine à gaz
Turbine ou
moteur à vapeur
Moteur Stirling
ORC
Turbine à air
chaud
Cogénération biomasse
Ratio
Air/Air stoechio
Température
1500°C
Combustion
1,2
Gazéification
Pyrolyse
20°C
0,3 – 0,5
0
Méthanisation
Puissance
Biomasse
Matières
organiques
Bois
Huile
végétale
Statut
10-100 kWe
100-1000 kWe
1-10 MWe
Expérimental
Premières
unités
Commercial
Méthanisation

Digestion anaérobie :
dégradation naturelle de la matière sous
l’action de bactéries en absence d’oxygène
Température

Produits

Procédé mésophile : environ 38°C
Procédé thermophile : environ 55°C
Gaz : Méthane et dioxyde de carbone
principalement
Solide : digestat (la lignine n’est pas décomposée)
Valorisation des produits
Gaz : électricité et chauffage (digesteur, locaux,
serres,…)
Digestat
épandage
Etienne Lebas -
COGEBIO
- Asprom Mars:2013

Digesteur
Valorisation du biogaz

Moteur

GE-Jenbacher, MAN, …
Puissance : 5 kWe – 3
MWe
Rendement électrique :
29 à 42 %

Microturbine

Capstone : 30, 60 et 200
kWe
Turbec : 100 kWe
29%
Pyrolyse

Décomposition thermique en atmosphère
inerte
Produits

Gaz
Liquide : huile pyrolytique
Solide : charbon de bois
Température : environ 500°C
Temps de séjour

Une pyrolyse lente favorise la formation de gaz et
de solide
Une pyrolyse rapide favorise la formation de
liquide
Pyrolyse lente : Bionet
9
Pyrolyse rapide : Pyros
10 Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013
Source : Twente University
Gazéification

Réaction thermochimique en présence
d’oxygène (O2, H2O, CO2)
Atmosphère réductrice (oxydation partielle)
Température : 800-900°C
Produits

Gaz : CO, H2, CH4, goudrons
Solide : cendres
Nécessité de traiter le gaz avant combustion
en moteur ou turbine à gaz

Filtration
Élimination des goudrons
Gazéifieur et moteur
Electricité
Biomasse
Traitement
de gaz
Moteur
Gazéifieur
Air
Chaleur
Gazéification : Procédé Xylowatt
Lit fixe étagé
Comparaison des biogaz produits
PCI (kJ/kg)
H2
CO
CO2
N2
CH4
C2H4
H2O
Méthanisation
18 882
33,0%
1,0%
60,0%
6,0%
Pyrolyse
lente
12 229
24,1%
23,1%
33,3%
14,3%
1,7%
Gazéification Gazéification
à l'oxygène
à l'air
10 494
4 761
32,0%
11,1%
48,0%
16,0%
15,0%
15,0%
3,0%
48,7%
2,0%
5,0%
1,1%
3,1%
Combustion de la biomasse

Oxydation totale du solide en présence d’un
excès d’air
Température : 800-1200°C
Produits

Gaz : fumées (CO2, H2O)
Solide : cendres
Différentes étapes

Séchage
Pyrolyse
Combustion des gaz de pyrolyse
Combustion du charbon de bois
Chaudière à bois
Chaudière à grille
Source : COMPTE.R.
Turbine à vapeur
Cheminée
Échangeur
de chaleur
Foyer
Biomasse
Appoint
Pompe
Circuit vapeur
Condenseur
Gen.
Turbine
Production
d’électricité
Soutirage
Valorisation
énergétique
Valorisation
énergétique
Moteur à vapeur
Cheminée
Échangeur
de chaleur
Brûleur
Biomasse
Circuit vapeur
Pompe
Condenseur
Gen.
Moteur
àTurbine
vapeur
Production
d’électricité
Valorisation
énergétique
Moteur à vapeur Spilling
Moteur Spilling (100 à 1500 kW)
Moteur à vapeur PSI

Chaudière biomasse à grille fixe
Moteur à vapeur de 70 kWe
Technologie adaptée aux pays en
voie de développement
Première unité en fonctionnement à
Madagascar
Moteur Stirling
Cheminée
Température de surface
entre 680 et 790°C
Valorisation
énergétique
450 à 550°C
Air
1300 °C
Biomasse
Brûleur
Préchauffeur d'air
Régénérateur
Pompe
Production
d’électricité
Gen.
Valorisation
énergétique
Moteurs Stirling
Sunmachine 3 kWe
(commercialisation stoppée)
Oköfen et Microgen 1 kWe
(premiers tests en cours)
Stirling DK avec chaudière
Stirling DK 35 kW
Stirling DK avec gazéifieur
Cycle Organique
de Rankine (ORC)
Cheminée
Valorisation
énergétique
Brûleur
Biomasse
400 à 1200°C
Échangeur de
chaleur
300°C
Circuit huile thermique
290 - 320 °C
200 - 250°C
10 bar
Production
d’électricité
Évaporateur
Pompe
Gen.
Turbine
0,1 bar
Régénérateur
Condenseur
Circuit fluide organique
Valorisation
énergétique
ORC Turboden

Installations ORC Turboden
Puissance :
400 kWe à 2 MWe
env 12-18 %
Nombre d’installation en
Europe > 200
Eneftech et UTC power : ORC avec
turbines à coût réduit
Eneftech : compresseur « scroll »
utilisé en détente (30 kWe)
UTC power : compresseur Carrier
de climatisation utilisé en détente
(200 kWe)
Turbine à air chaud
Cheminée
Valorisation
énergétique
Brûleur
Biomasse
300 °C
800-1000°C
700-950°C
Echangeur de
chaleur
250 °C
5 bar
Air
1 bar
Gen.
Turbine
Compresseur
Procédé COGEBIO
Gazéification : Procédé COGEBIO
Lit fixe co-courant
Gazéifieur COGEBIO 300 kW
Brûleur bi-combustible
• Gaz de synthèse / Gaz naturel ; GPL ; fioul
• Alimentation en gaz de synthèse à 500°C
• Alimentation possible en air à 500°C
Emissions de polluants
GASCLEAN
mesures
APAVE
Projet de
réglementation
française
CO
14
NOx
278
450
SOx
27
225
Particules
37
50
Valeurs en mg/Nm3 à 6 % d’O2
Procédé COGEBIO
Cheminée
Biomasse
Production
d’eau chaude
Gaz de synthèse
Brûleur
Echangeur
de chaleur
Gazéifieur
Air
Génératrice
d’électricité
Turbine
Compresseur
Puissance : 50 à 500 kWe
Avantages

Pas de procédé de traitement du syngaz

Chaleur disponible à 500°C

Maintenance plus légère
Fiabilité accrue
Meilleure valorisation de la chaleur produite
(vapeur basse pression, séchage par air chaud)
Valorisation de ressources locales

100 kWe / 300 kWth :
130 kg/h de bois à 30 % d’humidité
soit 3 t/j ou 1000 t/an
Pilote de démonstration 100 kWe
Pilote de démonstration 100 kWe
Technologies de production électrique
à partir de biomasse solide
Technologie
Gamme de
puissance
Rendement
Turbine à vapeur
> 500 kWe
6 à 25 %
Moteur à vapeur
20 kWe à 1,5 MWe
8 à 15 %
Cycle de Rankine à
fluide organique
5 kWe à 2 MWe
8 à 17 %
Moteur Stirling
1 kWe à 35 kWe
7 à 15 %
Gazéifieur + moteur
10 kWe à 5 MWe
20 à 25 %
Turbine à air chaud
50 kWe à 1 MWe
20 à 30 %
(ORC)
Investissements : production électrique à
partir de biomasse solide
Investissement (euros/kWe)
16000
14000
12000
10000
Cogen (€/kWe)
8000
Total (€/kWe)
6000
4000
2000
0
Stirling
35
Stirling
70
ORC
650
ORC
1570
TAV
5000
Gasif
540
Gasif
600
Gasif LF
4500
En bleu : investissements pour la partie production électrique
En violet : investissements globaux (génie civil inclus)
Source : Obernberger 2008
Coût de production de l’électricité
à partir de biomasse solide
Source : Obernberger 2008
Cogénération avec moteur
à huile végétale
Fumées
Echangeur
fumées
Eau chaude
Moteur
Eau froide
Génératrice
d’électricité
Echangeur
huile
Modules COGENGREEN

Une gamme de produits allant de 8 à
340 kW électrique à l’huile végétale

Refuge du gouter
Module de 20 kWe
Vaulx en Velin
Module de 30 kWe
Moteur à explosion pour la
méthanisation ou les huiles végétales

Méthanisation + moteur

Gamme de puissance : 40 - 2100 kW (en France)
Rendement électrique : 32 – 42 %
Investissement : 5000 – 10000 €/kWe
Moteur à huile végétale

Gamme de puissance : 8 – 340 kWe
Rendement électrique : 28 – 42 %
Investissement : 1000 – 5000 €/kWe
Merci pour votre attention !
Etienne Lebas
COGEBIO
Mars 2013